2N311130熟悉建筑室内物理环境的基本知识
本目复习要点
1建筑热工环境的基本知识
2建筑节能保温隔热的基本知识及构造技术
3建筑光环境的基本知识
4天然采光人工照明的基本知识
5 建筑声环境的基本知识
6建筑吸声材料的基本知识
7室内音质设计和噪声控制的基本知识
一、建筑热工环境的基本知识
（1）热和温度
•热是能的一种形式
故其量度单位与能相同，采用焦耳（J），它是物质分子能的外部表现。温度是六个国际基本单位之一，是表征物体冷热程度的物理量。热是一种能量，可以在物体与环境之间，由于温度的差别而产生流动。
温度的量度有下列三种：华氏温标（℉）、摄氏温标（℃）、开尔文温标（Κ）。
•显能和潜能
热流能引起物体温度变动，称为显热，是可感知或预测的热。不引起物体温度变动的热流能，称为潜热。潜热有两种：熔解潜热、汽化蒸发潜热。
（2）热转移
建筑物及其环境之间会进行热交换，同时在建筑物内部也有热流动。热转移的方式有三个:传导、对流、辐射。
•传导、对流与辐射
传导：固体内热转移的主要方式。
对流：流体（即：液体、气体）内热转移的主要方式。
辐射：自由空间热转移的主要方式。
导热系数（热导率）与传热阻：导热系数是表征材料导热能力大小的物理量，单位为W/（m?K）。物理意义是：当材料厚度为1m，两侧表面的温差为1K是，在单位时间内通过1ｍ2截面积的热量。传热阻表示当围护结构两侧表面温差为1K时，单位热量通过1m2截面积所需时间（小时数）。传热阻与围护结构的厚度成正比，与材料的导热系数成反比。
•表面及空气层热阻
表面热阻包括对流热阻和辐射热阻。对流热阻是热流传过边界膜和边界膜外气体对流产生的热阻。辐射热阻是由建筑表面和相向暴露面之间辐射传热时产生的热阻。空气间层是表面热阻的一个特例。宽度为20mm的空气间层具有高效热阻值，小于20mm，则热阻值迅速下降，20～100mm具有几乎同等的热阻值。用普通建筑材料可构成具有垂直空气间层的墙。
•绝热
即冬季保温、夏季隔热。
•通风
与风向、风速、建筑朝向、门窗设置位置有关。风向频率图（风向玫瑰图）是一定时间内在各方位刮风次数的统计图，由此可了解不同季节的主导风向。
（3）湿度测量
用绝对湿度或相对湿度表示。通常用相对湿度表示空气的湿度。相对湿度：一定温度是一定大气压力下，湿空气的绝对湿度与同温、同压下的饱和空气绝对湿度的百分比。
湿球温度指在干湿球温度计中，由水银球用湿纱布包裹的湿球温度计所测量的温度。它与干球温度配合可以测量空气的相对湿度。
（4）热舒适
舒适是人类的一种主观感觉特性，且与气候有关。由于人与人之间反应不同，因而难以给出准确的定义。有四项环境因素影响热感受，它们是：空气湿度、温度、空气运动、平均辐射温度。建筑物及环境应该提供可控环境，方法有二：被动式控制、主动式控制。被动式控制是利用建筑物本身，通过对其构件的恰当处理与布置来实现。主动式控制是靠机械系统与设备实现，但要消耗常规能源。
二、 建筑节能、保温、隔热的基本知识及构造技术
（1）适应气候
要使房屋适应气候，最有效的做法就是有能力选择合适的朝向、包括透明构件和不透明构件的设计与构造。当需要时能接受太阳辐射和风，不需要时可阻挡。
（2）暖湿气候区设计策略
轻型架空结构。或将建筑区划开；或“混合”成底部用重质结构、白天使用，上部用轻型结构、晚上使用。
（3）热旱气候区设计策略
重储热物质，连（贴）地构造，浅色，遮阳好。
（4）温和气候区设计策略
用朝阳的窗户收集冬季太阳能。中等储热物质、贴（连）地构造、架空构造。重储热物质、掩土建筑。
（5）冷气候区设计策略
要求很高容量的储热物质，建筑物绝热极佳并能控制通风，大小合适的窗户，朝阳。
（6）建筑构件
•混凝土或钢筋混凝土的墙和屋顶
热惯性作用比热阻作用更明显，隔声性能一般良好。可在外侧加设保温层，改善其热工性。
•贴地而筑的地板、土护坡墙、掩土建筑等与土层相连接的方法可以大量提高建筑构件的热惯性。
•轻质构件
热惯性小、可忽略不计。热阻作用显著。对空气产生的噪音衰减潜力不大。
•窗与控制设计
可动百叶帘（窗）可提供极好的方法控制透光率。遮阳设施能在恰当的时间、合适的位置阻截不需要的辐射，应优先考虑窗的外侧遮阳。多层玻璃窗采用6～20mm空气层只能单纯提高热阻、对隔声无改善效果。
三 、 建筑光环境的基本知识
（1）建筑光环境的基本知识主要包括如下内容
•光的基本属性
光是以电磁波形式传播，并能为人眼感觉到的那一部分辐射能，其波长范围为380～780nm。光的强度由发光强度及亮度描述，光的色彩由色温描述。
•光的基本描述参量
光通量：以人眼为基准，对光的感觉量的描述参量, 常用符号Ф 表示,单位流明(lm)。
发光强度：表征光源在空间的光通量分布状况，即光通量的空间分布密度，常用符号I表示，单位坎德拉（cd）。
照度：对于被照面而言，表征落在其单位面积上的光通量程度，即表示被照面上的光通量密度，常用符号E表示，单位勒克斯(Lux 或lx)。
亮度：表征发光体在视线方向上单位投影面积发出的发光强度，或人眼所看到发光体的明亮程度。常用符号L表示，单位坎德拉•平方米 (cd/m2)。
•材料的光特性
在光的传播过程中，遇到各种材料、当介质发生变化时，入射光通量中的一部分被反射，一部分被吸收，一部分可能透过介质进入另一侧的空间。反射，吸收和透射光通量与入射光通量之比，分别为光反射比、光吸收比、光透射比。用以表征材料对光的作用状况。
材料对光的两种特殊作用方式。光线射到表面很光滑的不透明材料上，就出现定向反射现象。光线射到透明材料上则产生定向透射。
半透明材料使入射光线发生扩散透射，表面粗糙的不透明材料使入射光线发生扩散反射，使光线分散在更大的立体角范围内。当反射或透射的光线满足朗伯余弦定律时，其反射或透射分别称为均匀扩散反射或均匀扩散透射。
•人眼的视觉特性
人眼在观看同样功率的可见辐射时，对于不同波长，感觉到的明亮程度不一样。人眼的这种特性常用国际照明委员会的光谱光视效率（Vλ）曲线来表示。
明暗视觉表示人眼的两种视觉状态。明视觉是指在明亮环境中，人眼对外界亮度变化的适应能力强，能够辨认物体的细节，具有颜色感觉。暗视觉是指在黑暗环境中，人眼对外界亮度变化的适应能力弱，只有明暗感觉而无颜色感觉，也无法分辨物体的细节。
•光的危害
眩光就是在视野中，由于不适宜亮度分布，或在空间或时间上存在着极端的亮度对比，以至引起视觉不舒适和降低物体可见度的视觉条件。
根据眩光产生的来源，可分为直接眩光、反射眩光和光幕眩光。根据眩光对视觉的影响程度，又可分为失能眩光和不舒适眩光。降低视觉功效和可见度的眩光称为失能眩光。而引起不舒适感觉，但并不一定降低视觉功效和可见度的眩光称为不舒适眩光。不舒适眩光会影响人们的注意力，长时间就会增加视觉疲劳。
（2）发光强度与照度的关系
点光源在一表面上形成的照度与它在这一方向上的发光强度成正比，和入射光线与被照面法线形成的夹角余弦成正比，和它到被照面的距离成反比。
（3）亮度与照度的关系
亮度与照度之间的关系常用的立体角投影定律来表述。它表示某一亮度为Ｌα的发光表面在被照面上形成的照度，是这一发光表面的亮度Ｌα与该发光表面在被照点上形成的立体角Ω在被照面的投影（Ωcosθ）的乘积。
四 、 天然采光、人工照明的基本知识
（1）天然采光的基本知识主要包括如下内容：
•天然光的组成
通常到达地表的天然光由太阳直射光和天空扩散光两部分组成。在全云天的情况下，室外天然光只有天空扩散光。
全云天的亮度分布和水平面照度的关系。
全云天亮度分布相对稳定,不受太阳位置的影响。全云天时天顶亮度(Lz)最大,为地平线附近天空亮度的3倍。
•采光标准
采光标准从采光数量和采光质量两个方面对天然采光提出要求。
采光数量是根据视觉工作的精细程度，划分为五个等级，并依据采光的形式用采光系数的形式给出标准值。
采光系数是室内给定水平面上某一点的由全云天天空漫射光所产生的照度和同一时间同一地点, 在室外无遮挡水平面上由全阴天天空漫射光所产生的照度的比值。
采光质量包括采光均匀度、眩光的控制、合适的亮度比等方面。
•侧窗的采光特性
低窗时，近窗处照度很高，往里则迅速下降。当窗的位置提高后，虽然靠近窗口处照度下降，但离窗口远的地方照度却提高不少，均匀性得到很大的改善。侧窗的有效采光范围为窗高的3～5倍。
影响房间横向采光均匀性的主要因素是窗间墙。窗间墙越宽，横向均匀性越差。
•常用天窗的采光特性
矩形天窗、横向天窗和锯齿型天窗相当于提高位置(安装在屋顶上)的高侧窗，光特性与高侧窗相似。采光系数最高值一般在5%～7% 以内。
平天窗由于不需安装天窗架，简化结构。平天窗采光效率高，而且更易获得均匀的照度。
•采光设计的主要步骤和采光计算原理
采光设计的主要步骤：收集设计要求、条件和环境方面等的基础资料，选择采光口形式，确定采光口位置及可能开设的窗口面积，估算采光口尺寸，布置采光口。
采光计算原理：这种计算方法是根据有关数据查出相应的理想条件下的采光系数值。然后按实际情况考虑各种影响因素，加以修正而得到室内最暗处的采光系数值。
（2）人工照明的基本知识主要包括如下内容：
•光源的主要类别
热辐射光源,主要包括白炽灯和卤钨灯。
气体放电光源,主要包括荧光灯、荧光高压汞灯、金属卤化物灯、钠灯、氙灯等。
•光源特性的主要描述参量
色温：某一光源的光色与某一温度下的完全辐射体的光色完全相同时，完全辐射体的温度表示该光源的光色。
显色指数：光源的显色性用显色指数来表示。即在该光源下人眼分辨物体真实颜色的程度。即用某一光源和标准光源照明时，在适当考虑色适应状态下，物体的心理、物理色符合程度。
此外还有发光效率、平均寿命等技术参量。
•灯具光特性的主要描述参数
配光曲线：任何光源或灯光处于工作状态，就向周围投射光通量。把灯具各方向的发光强度在三维空间用矢量表示出来，把终端连接起来 ，构成一封闭的光强体。当光强体被通过Z轴线的平面截割时，在平面上获得一封闭的交线。此交线以极坐标的形式绘制在平面图上，就是灯具的配光曲线。
此外还有遮光角、灯具效率等技术参量。
•主要照明的方式
功能照明的主要方式有：一般照明、分区一般照明、局部照明和混合照明。
照明设计标准的主要方面
照明数量：照明设计标准就是根据识别物体的大小、物件与背景的亮度对比，识别物体本身的亮度等因素确定相关的标准值。
照明质量：考虑到有利于视功能、舒适感、安全与适宜的亮度分布等方面，包括眩光、颜色、扩散、方向性、均匀度、亮度和亮度对比等技术方面的要求。
•室内照明设计需考虑的主要方面和手法
处理室内环境照明时，必须充分估计到光的表现能力。要结合建筑物的使用要求、建筑空间尺度及结构形式等实际条件，对光的分布、光的明暗构图、装修的颜色和质量作出统一的规划，利用灯具自身的艺术性或灯具的规律的布置方式，在满足使用功能的基础上，使之达到预期的艺术效果，并形成舒适宜人的光环境。
•室外环境照明设计需考虑的主要方面和手法
处理室外环境照明时，要结合室外环境特征、使用功能或功能分划区结构形式等实际条件，结合地域文化的要素，对光的分布、明暗构图及视觉景观中心作出统一的规划，利用灯具自身的艺术性、灯具的规律布置方式以及光色、亮度、光斑图案的合理调控等手法，使之形成舒适宜人的光环境。同时还需注意限制眩光、节能及选择合理的灯具。
五建筑声环境的基本知识
（1）声速、波长和频率的关系C=f•λ
C ——通常室温下 的声速340m/s；
λ——声音的波长m；
f ——声音的频率HZ
（2）声波的透射与吸收Eo=Er+Ea+Eて
Eo——单位时间内入射到构件的总声能；
Er——反射的声能；
Ea——构件吸收的声能；
Eて——透过构件的声能。
•透射声能与入射声能之比，称为透射系数，记作て；反射声能与入射声能之比称为反射系数，记作r.
•材料的吸声系数 a
（3）声功率W、声强I、声压P
•声源辐射声波时
对外作功，声功率是指声源在单位时间内向外辐射的声能，单位为瓦（W）或微瓦（μW）。声源的声功率是指在全部可听频率范围所辐射的功率，或指在某个有限频率范围所辐射的声功率（通常称为频带声功率）。
•声强
是衡量声音强弱的物理量，声场中某一点的声强，即在单位时间内，在垂直于声波传播方向的单位面积上所通过的声能，记为I，单位是W/㎡。
•声压
指某瞬时介质中的压强相对于无声波时压强的改变量，所以声压的单位就是压强的单位，即牛顿/米2（N/㎡）或微巴（μB）。
任一点的声压都是随时间而不断变化的，每一瞬间的声压叫瞬时声压，某段时间内瞬时声压的平均值称为有效声压，用它的平方根值来表示，对于正弦波，有效声压等于瞬时声压的最大值除以√2 。
声压与声强的关系，在自由声场中，某处的声强与该处声压的平方成正比，而与介质密度与声速的乘积成反比。
（4）音频范围，声压级及其叠加
•音频范围
指在有足够的声强和声压的条件下，能引起正常人耳听觉的频率范围，约为20～20000Hz，对频率为1000Hz的声音，人耳刚能听到的下限声压为2×10﹣5N/㎡；使人产生疼痛感的上限声压为20N/㎡。
•声压级
用对数的标度方法来表示，利用级的概念，就可以大大地压缩量程的数量级，从而提高计算的简明程度，用分贝为单位来定义声压级.
•声压级的叠加
指当几个不同声源同时作用时，它们在某处形成的总声压（有效声压）P是各声压的均方根值，即：
P=√P12+P22+...Pn2
它的总声压级公式见考试用书
（5）掩蔽作用，人的听觉器官能够分辨同时存在的几个声音，但由于某一个声音的存在，要听清另外的声音，必须把这些声音提高，这些声音的可闻阈（可闻下限）提高了，这种现象称为“掩蔽”。可闻阈所提高的分贝数称为“掩蔽量”。
掩蔽的特点是接近掩蔽声频率的掩蔽量最大，即频率相近的声音，掩蔽较显著;掩蔽声的声压越大,掩蔽量就越大;对所有高频声的掩蔽量较显著，低频声容易完全掩蔽高频声，高频声则难以完全掩蔽低频声。
六、建筑吸声材料的基本知识
（1）多孔吸声材料
•多孔吸声材料的类型
有机纤维材料、麻棉毛毡、无机纤维材料、玻璃棉、岩棉、矿棉。
•构造特征
材料内部应有大量的微孔和间隙，而且这些微孔应尽可能细小并在材料内部是均匀分布的。材料内部的微孔应该是互相贯通的，而不是密闭的，单独的气泡和 密闭间隙不起吸声作用。微孔向外敞开，使声波易于进入微孔内。
•吸声特性
主要是高频，影响吸声性能的因素主要是材料的流阻，孔隙，结构因素、厚度、容重、背后条件的影响。
（2）穿孔板共振吸声结构
采用穿孔的石棉水泥板、石膏板、硬质纤维板、胶合板以及钢板、铝板，都可作为穿孔板共振吸声结构，在其结构共振频率附近，有较大的吸收。穿孔板的共振频率与穿孔率、孔径及厚度大小有关。
（3）薄膜吸声结构
包括皮革、人造革、塑料薄膜等材料，具有不透气、柔软、受张拉时有弹性等特性，吸收共振频率附近的入射声能，共振频率通常在200～1000Hz范围，最大吸声系数约为0.3～0.4，一般把它作为中频范围的吸声材料。
（4）薄板吸声结构
把胶合板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板等板材周边固定在框架上，连同板后的封闭空气层，构成振动系统，其共振频率多在80～300HZ，其吸声系数约为0.2～0.5，可以作为低频吸声结构。
七、 室内音质设计和噪声控制的基本知识
（1）混响时间的定义和正确性的评价
•混响时间定义
当室内声场达到稳态，声源停止发声后，声音衰减60dB所经历的时间；它是影响室内设计的一个重要物理量指标；与房间的容积成正比，与房间的内表面吸声量成反比。
•混响时间计算的正确性评价
首先，在室内声源具有一定指向性，而且常位于房间的一端发声，再加以房间形状特殊（如比例狭长，平顶较低或室内有大小二空间相耦合等）将使得声场不均匀。
其次在观众厅中，观众席上的吸收要比墙面、顶棚大得多，有时，为了消除回声，常在后墙作强吸收处理，因此，使得室内吸收分布很不均匀。以上两点都会影响混响时间计算的正确性，其计算结果与实测值一般会有10%左右的误差。
（2）各种房间对混响时间的要求
•以语言为主的房间
话剧院、报告厅、大教室等，其混响时间在1.2～1.4s。
•以电声为主的房间
电影院、歌舞厅等，其混响时间在0.8～1.0s。
•以音乐为主的房间
音乐厅、歌剧院等，其混响时间在1.5～2.1s。
（3）室内声压级
通过对室内声压级的计算，可以预计所设计的大厅内能否达到满意的声压级及声场分布是否均匀。如果采用电声系统，还可以预计扬声器的功率。
室内声压级的大小与声源的声功率、接收点离声源的距离和室内表面吸声量有关。
（4）扩散反射和扩散体的尺寸
•扩散反射
房间内表面如做凹凸不平的处理，可将声波均匀地分布于室内，使声能比较均匀地增长和衰减，从而使音乐和语言的固有音品有所提高，混响时间计算更为准确。
•扩散体的尺寸
应与入射声波的波长相当，频率越低，要求扩散体尺寸也越大。
（5）定向反射和反射板的尺寸
•定向反射
利用具有一定质量、厚度、表面光滑的各种板可将入射声波定向地反射到所要求的区域，使室内某点的声压级提高，同时提高语言的清晰度。
•反射板的尺寸
要求反射板的尺寸大于入射声波的波长，板的质量要大，表面光滑。
（6）建筑中的吸声减噪
由于混响声与直达声的共同作用，使得离开同一噪声源一定距离的接受点的声压级，在室内比室外要高出10～15dB；如果在室内的顶棚和墙面上布置吸声材料，使反射声减弱，噪声降低，这种方法称为“吸声减噪”。
（7）撞击声的隔绝措施
•弹性面层处理
在楼板表面铺设柔软材料（地毯、软木板、橡胶板、塑料地面等）减弱撞击楼板的能量，从而减弱楼板本身的振动，这种处理面层的措施，一般对降低高频声的效果最显著。
•弹性垫层处理
在楼板结构层与面层之间做弹性垫层，以降低结构层的振动，应注意这种楼板在面层和墙的交接处，也要采用隔离措施，以免引起墙体的振动。
•楼板做吊顶处理
吊顶的作用主要是解决空气声的隔绝，如采用弹性连接，则隔声能力可以提高。
（8）单层均质密实墙的空气声隔绝
单层均质密实墙是没有孔隙传声的，它通过墙体本身的振动，将入射声能的一部分传播到墙体的另一侧去，其隔声量与墙体的面密度和入射的频率有关。
墙的单位面积密度越大，隔声效果越好，这一定律即称为“质量定律”，单位面积质量或入射声频率每增加一倍，隔声量增加6dB。
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